Číslo projektuCZ.1.07/1.5.00/ Číslo materiáluVY_32_INOVACE_ENI-2.MA-17_Číslicový obvod Název školyStřední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno AutorIng. Miroslav Krýdl Tematická oblastELEKTRONIKA Ročníkdruhý Datum tvorby Anotace Tematický celek je zaměřen na problematiku základů elektroniky. Prezentace je určena žákům 2.ročníku, slouží jako doplněk učiva. Pokud není uvedeno jinak, použitý materiál je z vlastních zdrojů autora

Číslicový obvod

Číslicové obvody (na rozdíl od analogových) využívají jen dvě napěťové úrovně. Jsou na nich založeny počítače a dnes i většina elektroniky. Vyrábí se řada jednoduchých čipů, jako : Logická hradla Čítače Paměti Komparátory AD/DA převodníky apod. které se dají snadno sestavovat dohromady, aby plnily složitější úkony. Pro ještě složitější použití lze koupit malé, jednočipové programovatelné počítače - mikrokontrolery, nebo použít speciální integrovaný obvod - programovatelné hradlové pole.

Logická hradla Logická hradla (nebo logické členy, angl. logic gates) jsou (elektronické) obvody, které realizují základní logické funkce jako je logický součin, logický součet, negace atd. Logická hradla jsou základními stavebními prvky logických obvodů a rovněž představují nejjednodušší kombinační logické obvody. Vhodným zapojením logických hradel lze sestavit složitější logické obvody, a to jak kombinační (např. dekodér, sčítačka nebo multiplexor), tak i sekvenční (klopné obvody, posuvný registr, čítač apod.). Funkční bloky sestavené z logických hradel jsou i základem komplexních sekvenčních obvodů jako je mikroprocesor nebo celý mikrokontrolér.

Čítač Čítač určený pro rychlé čítání elektrických impulsů, řádově s frekvencí kHz, MHz až GHz. Podle konstrukce, též podle použitého reduktoru je možno čítače rozdělit na binární (dvojkové), oktalové (osmičkové), desítkové (dekadické) a hexadecimální (šestnáctkové). Z hlediska matematického zpracování impulsů se čítače dělí na vzestupné - zvyšuje svou hodnotu (inkrementační operace) a sestupné - snižuje svou hodnotu (dekrementační operace). Elektronický čítač se většinou realizuje pomocí elektronických logických obvodů (především pomocí klopných obvodů). V takovém případě mívá vstup, na který se přivede časový vstup označovaný C / CLK, u obousměrných čítačů UP / DN, dále vstup nulování hodnoty - RESET, nastavení čítače na přednastavenou hodnotu - SET, uvolnění čítání - ENABLE / GATE, případně další. Na výstupech se binárně nebo v BCD kódu vypisuje číselná hodnota daného výstupu, často spolu s dalšími informacemi (přetečení apod.).

Elektronická paměť Elektronická paměť je součástka, zařízení nebo materiál, který umožní uložit obsah informace (zápis do paměti), uchovat ji po požadovanou dobu a znovu ji získat pro další použití (čtení paměti). Informace je obvykle vyjádřena jako číselná hodnota, nebo je nositelem informace modulovaný analogový signál. Pro své vlastnosti se používá binární (dvojková) číselná soustava, která má pouze dva stavy, které se snadno realizují v elektronických obvodech. Pro uchování informace tedy stačí signál (např. elektrické napětí), který má dva rozlišitelné stavy a není třeba přesně znát velikost signálu. Základní jednotkou ukládané informace je jeden bit (binary digit), jedna dvojková číslice. Tato číslice může nabývat dvou hodnot, které nazýváme „logická nula“ a „logická jednička“.

Elektronická paměť Logická hodnota bitu může být reprezentována různými fyzikálními veličinami: přítomnost nebo velikost elektrického náboje stav elektrického obvodu (otevřený tranzistor) směr nebo přítomnost magnetického toku (pro kódování informace do mag. toku se častěji používají složitější modulace) různá propustnost nebo odrazivost světla (CD-ROM, ale i děrný štítek) Pro správnou funkci paměti je třeba řešit kromě vlastního principu uchování informace také lokalizaci uložených dat. Mluvíme o adrese paměťového místa, kde adresa je obvykle opět číselně vyjádřena.

Komparátory je kombinační logický obvod, který porovnává dvě binární čísla a generuje výstupní signál o jejich rovnosti nebo různosti. Důležitým obvodem z hlediska použití v komparátorech je obvod, který realizuje funkci nonekvivalence. Obvod bývá označován jako Exclusive OR nebo též XOR.

A/D převodník Analogově digitální převodník (zkratky A/D, v angličtině i ADC) je elektronická součástka určená pro převod spojitého (neboli analogového) signálu na signál diskrétní (digitální). Důvodem tohoto převodu je umožnění zpracování původně analogového signálu na číslicových počítačích. Mezi nimi v současnosti převažují digitální signální procesory DSP, které jsou právě na zpracování takových signálů specializované. V digitální podobě se také dají signály daleko kvalitněji zaznamenávat a přenášet. Opačný převod z digitálního signálu na analogový zajišťuje D/A převodník.

D/A převodník Digitálně analogový převodník (zkratky D/A, v angličtině i DAC) je elektronická součástka určená pro převod digitálního (diskrétního, tj. nespojitého ) signálu na signál analogový (spojitý). Pro opačný převod signálu se používá A/D převodník. D/A převodník se dnes používá všude tam kde je třeba z digitálního signálu udělat zpět analogový tedy ve všech přehrávačích (CD, MP3 přehrávač, Minidisc, …), zvukových kartách v počítačích. V každém moderním digitálním telefonu (ISDN, GSM, UMTS) se také nachází D/A a A/D převodník.

Otázky ke zkoušení 1)Definuj co je to číslicový obvod. 2)Jaké jsou vlastnosti logických hradel. 3)Pro co je určen čítač a jaké je rozdělení čítačů z hlediska konstrukce. 4)Vysvětli co jsou inkrementační a dekrementační instrukce u čítače. 5)Vysvětli jaký je význam signálů: a)C / CLK b)UP / DN c)RESET, SET, d)ENABLE / GATE. 6)Definuj co je to paměť a jak je vyjádřena hodnota informace. 7)Vysvětli co je to binary digit. 8)Jakými fyzikálními možnostmi může být vyjádřena hodnota binární informace ? 9)Vysvětli co je to A/D převodník. 10)Vysvětli co je to D/A převodník.

Jan Kesl: Elektronika I – Analogová technika Ilustrace: archiv autora logicke-obvody/logicka-hradla/ Použité zdroje: